“梦”的启示

“梦”的启示

德国的化学家弗里德里希·奥古斯特·凯库勒（1829～1896年），有在似睡非睡的状态下做梦的习惯，有两个梦竟成了重大发现的开端。

19世纪中叶，化学家们给各种元素分配表示其结合能力的数字，即原子价，并用短线，亦即化合价加以表示。这在当时成了一股风。比如说，氢具有一个化合价，氧具有两个化合价，氮具有三个化合价，碳具有四个化合价。

而且，各自伸出手，以手握手的形式组成化合物。比如说，一个氧和两个氢结合成水，一个碳和四个氢结合成甲烷。

但是，碳和氢组成的化合物种类相当多，碳原子和氢原子往往分别由几个到几十个结合在一起。这些碳原子和氢原子是怎样结合在一起的呢？当时还不太清楚。举一个简单的例子说，乙烷是由两个碳原子和六个氢原子组成的，但是，碳的原子价合计为八个，氢为六个，所以，双方对不上。

凯库勒得到了解开这个谜的启发。事情是这样的，1854年，凯库勒作为讲师被派往伦敦。一天晚上，他去朋友家玩。回来的路上，坐在最后一班双层蒸汽公共汽车上层。在车上，他昏昏欲睡，做起梦来。大原子和小原子在他眼前跳跃。渐渐地大原子聚集起来，连成一条链子，只在一端附着小原子。

在乘务员的报站声中，他突然醒来，一个清晰的想法在他的脑海里形成了。即：碳水化合物的结构是，碳原子互相结合，形成了一个长链，而氢原子附在上面。这种碳水化合物被称为链式化合物。

但是，这种理论也解释不了由六个碳原子和六个氢原子组成的苯那样的化合物。1865年的一个晚上，凯库勒在家里写教材。当时心情不大好，因此，坐在椅子上烤火，昏昏欲睡，又做起梦来。梦中，原子开始在他眼前跳跃。而这次，原子连成一串，像一条蛇，一会弯曲，一会翻蜷。但是，突然，一条蛇咬住自己的尾巴形成了一个环，滴溜滴溜地转了起来。凯库勒像被电击了似的陡然醒来。

当天晚上，他通宵未眠，经过深思熟虑，终于确立了苯是由六个碳原子结合在一起，形成六角形的环状结构的理论。这个环是难以打破的，有这样环的化合物被称为芳香族化合物。

根据凯库勒的结构理论，可以把很多碳氢化合物进行清晰的分类。而且，以苯为出发点，很多重要的芳香族化合物都可以合成了。这些都是从梦的启发中取得的成果。

落在火炉上的橡胶

“如果你在路上看到头戴胶皮帽，身披胶皮风衣，内着胶皮背心，下穿胶皮裤子，脚登胶皮鞋，手拎胶皮钱包（里面没有一文钱）的人，那他一定是古德伊尔。”

1840年前后，美国康涅狄格州新黑文的居民是这样嘲笑古德伊尔的。确实，查尔斯·古德伊尔（1800～1860年）中了橡胶迷。他一生都很贫穷，生活困苦不堪，因为还不起借债而几次坐牢。但他却终生热衷于研究橡胶的制法和改良质量的方法，从未间断过。

橡胶是生长在南美的橡胶树的树液收集起来凝结而成的。刚开始时，橡胶只是用来做橡皮。但是，1823年，美国的麦金托什把橡胶涂在布上，做成雨布后，橡胶的水密性和气密性引起了人们的拄意。但是，橡胶有很大的缺点，夏天在高温下溶化，粘糊糊的，而冬天却又硬梆梆的。要使橡胶实用化，首先必须克服这种缺点。

古德伊尔从1830年前后起，开始研究改良橡胶的质量问题。他想出了一个办法，即把氧化镁掺人橡胶，然后用石灰水煮，使橡胶表面光滑，但这种办法未能实际应用。接着，他发现了用硝酸煮橡胶，可以消除其粘性的方法。

他在纽约成立了公司，用这种橡胶制造台布和围裙等，但在1836年的金融恐慌，中破产了。

1837年，古德伊尔回刭他的故乡新黑文，认识了纳撒尼尔·海沃德。海沃德想出了在橡胶表面撒上硫磺粉末，然后拿到太阳底下晒，以改变橡胶质量的方法，获得了专利。古德伊尔买下了他的专利权，合资生产政府征购的橡胶邮袋，但又失败了。

1839年，他把橡胶、硫磺和松节油精掺在一起用坩埚煮。他手里捏着坩埚耳和朋友谈话，谈着谈着，忘记了手里的坩埚，一打手势，橡胶块从坩埚里飞了出来，落在烧得通红的炉子上。若是普通的橡胶，遇热就会熔化流下来，然而这块橡胶却没有溶化，逐渐烧焦了。

古德伊尔的脑海里立刻闪现出一个念头，在橡胶里加进适当的硫磺，用适当的时间进行适当的加热，就一定能得到不发粘的胶皮。他又反复进行实验和研究，终于确立了橡胶加硫的制造法。这构成了后来整个橡胶工业发展的基础。但是，这个发明几乎没有给古德伊尔本人带来任何好处。据说，他终生都和他人侵犯其专利权作斗争，而死时只留下了20万美元的债务。

在寻找铝的过程中得到碳化物

1886年，美国的查尔斯·梅钦·霍尔（1863—1914年）和法国的鲍尔·路易·艾尔（1863—1914年）分别独立地发现了把冰晶石掺入氧化铝进行熔化电解的方法，从而使铝进人大量生产阶段。在此以前，铝的价格高得大体上同贵金属相等。为此，世界的发明家都在拼命努力，想找到生产铝的简便方法，这样能赚大钱。

在美国北卡罗莱纳州的木棉工厂工作的詹姆斯·穆尔黑德就是其中的一个。自称为加拿大的发明家T·L·威尔逊向他谈了这样一些使他爱听的事情。

威尔逊说，如果像炼铁那样，把木炭掺人氧化铝中加以高温，就会还原成金属铝。但是，这需要比炼铁高得多的温度，不能用熔矿炉，而必须用电炉。

穆尔黑德听信了这番话，出钱成立了一个公司，由威尔逊指导生产铝，当然，铝并不是用这种方法就能轻易得到的，所以屡遭失败。

威尔逊并没有灰心，他又提出了第二个方案：把木炭掺人生石灰（氧化钙）中加以高温，使它还原成金属钙。再把金属钙掺人氧化铝加热，抽去氧使铝分离出来。这个方案的后半部分是合理的，但前半部分同前面提到的方案一样，仍然是不可能实现的。

但是，穆尔黑德仍然支持这个新建议。威尔逊在生石灰中掺入作为碳来源的煤焦油，用电炉加高温。得到了结晶状物质，这种物质有金属光泽。看来，正如所预料的那样，得到了金属钙。

为了证实是不是金属钙，威尔逊便把这种物质投入水中。他想，如果是钙，它会使水分解，释放出氢气。水中的确冒出了不少气泡。他将火移近，这种气体立即燃烧起来。他断定气体是氢，制造出来的肯定是金属钙。

但是，他没有高兴多久，火焰就变黄了，而且开始冒黑烟。如果是氢，火焰应该是无色的。

这是1892年的事。仔细分析以后，他才知道制造出的物质是碳化物，即碳化钙。抛入水中所生成的气体是乙炔。制造铝的美梦虽然破灭了，但是却掌握了碳化物的实用制法。穆尔黑德和威尔逊进一步研究和改进制法，取得了美国的专利权。从那时直到今天，碳化物的制法在本质上没有什么改变。